Nanocząstki są dziś wszędzie, a złowieszcze głosy na temat ich potencjalnej szkodliwości nasilają się. Potrzeba szybkich i prostych metod do badań toksyczności. Badaczki z Rice University proponują zaangażować w to... robaki. A konkretnie pewien gatunek nicieni.
Caenrohabditis elegans. Fot. National Human Genome Research Institute / Wikimedia Commons
Weiwei Zhong i Qilin Li z Rice University zaproponowały wykorzystać do badania toksyczności nanocząstek nicienie Caenrohabditis elegans, które od wielu lat służą jako obiekt badań w biologii i genetyce. Robaki te mają krótki cykl życia i bardzo szybko się rozmnażają, dzięki czemu można w łatwy sposób zbadać wpływ nanocząstek na kolejne pokolenia oraz całe populacje tych organizmów, nie tylko na pojedyncze osobniki.
Szybko i tanio
Jak zauważa Li, euforia związana z niezwykłymi właściwościami nanocząstek jest ogromna i wciąż narasta. Zanim uruchomimy produkcję na skalę masową, powinniśmy upewnić się, że nie dostarczamy do środowiska groźnych substancji toksycznych. Ponieważ jednak wielu technologów najchętniej od razu wprowadziłoby nanotechnologie do wszystkich dziedzin życia, potrzebne są metody, które szybko dadzą miarodajne wyniki.
Zdaniem badaczek z Rice University badania z wykorzystaniem C. elegans to właśnie taka metoda. Dzięki błyskawicznemu rozrastaniu się populacji nicieni otrzymujemy natychmiastowe rezultaty, a koszt jednej próby – łącznie z robakami, bakteriami, którymi się żywią oraz pożywką – to około 50 centów.
Cztery parametry, 20 materiałów, tysiące osobników
Wpływ nanocząstek na organizmy ocenia się na podstawie czterech parametrów: przystosowania, ruchliwości, wzrostu i czasu życia. Badane organizmy umieszczono w roztworze, który zawierał zarówno bakterie, którymi żywią się C. elegans, jak i nanocząstki. Obserwację prowadzono przez tydzień, co było czasem wystarczającym, by ocenić wpływ nanocząstek na trzy generacje nicieni (ich cykl życiowy trwa tylko trzy dni). A ponieważ tempo rozmnażania C. elegans jest również ogromne, w ciągu tygodnia populacja licząca 50 osobników może się rozrosnąć do 10 000 nicieni. Dzięki tak dużej liczbie badanych organizmów czułość badania jest bardzo wysoka.
Jeśli chodzi o rodzaje nanocząstek, w badaniu wykorzystano trzy klasy: metale, tlenki metali oraz nanocząstki bazujące na węglu. Zrezygnowano z polimerów, ponieważ, jak tłumaczy Li, w tym wypadku zróżnicowanie materiałów jest ogromne i każdy należałoby badać osobno. Dla każdego rodzaju nanocząstek wykorzystano cztery różne stężenia.
Zespół zajmujący się badaniem toksyczności nanocząstek z wykorzystaniem nicieni. Od lewej: Weiwei Zhong, Boanerges Aleman-Meza, Zheng Liu, Tianxiao Wang, Sang-Kyu Jung and Qilin Li. Fot. Jeff Fitlow / Rice University
Rezultaty
Okazało się, że najbardziej podatnym na szkodliwe wpływy parametrem było przystosowanie, rozumiane jako ilość bakterii spożytych w określonym czasie. Szkodliwe działanie nanocząstek objawia się w tym wypadku „spadkiem apetytu” – tempo reprodukcji spada i nicienie przyjmują też mniej pożywienia.
Spośród 20 przebadanych nanocząstek najmniej szkodliwe okazały się fullereny C-60, fullerol, dwutlenek tytanu, nanorurki z dodatkiem dwutlenku tytanu i dwutlenek ceru. W zależności od dawki działanie toksyczne wykazywały natomiast: carbon black, jedno- i wielowarstwowe nanorurki węglowe, grafen, tlenek grafenu, nanocząstki złota oraz krzemionka płomieniowa. Sprawdzono też, jaki wpływ na toksyczność mają modyfikacje powierzchni – podczas gdy wielowarstwowe nanorurki modyfikowane aminami okazały się wysoce toksyczne, już nanorurki hydroksylowane należały do grupy najmniej toksycznych materiałów.
Uzyskane wyniki badań dostępne są w internecie.
Co dalej?
Potwierdzono więc, że opracowana przez naukowców z Rice University technika jest skuteczną, tanią i szybką metodą oceny toksyczności nanocząstek. W przyszłości badanie ma zostać udoskonalone – wprowadzone zostaną czynniki środowiskowe, takie jak ekspozycja na niewielkie ilości promieniowania UV czy wykorzystanie wody rzecznej. Naukowcy zamierzają też przyjrzeć się bliżej biologicznym podstawom oddziaływania nanocząstek na robaki.
Źródło: Rice University
